单片机 80C51的中断系统及定时计数器

180C51的中断系统及定时/计数器1.80C51的中断系统2.80C51的中断处理过程3.80C51的定时/计数器25.180C51的中断系统5.1.180C51的中断系统结构一、中断的概念计算机具有实时处理能力，能对外界发生的事件进行及时处理,这是依靠它们的中断系统来实现的。CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。3引起CPU中断的根源，称为中断源。中断源向CPU提出的中断请求。CPU暂时中断原来的事务A，转去处理事件B。对事件B处理完毕后，再回到原来被中断的地方（即断点），称为中断返回。实现上述中断功能的部件称为中断系统（中断机构）。主程序A响应返回断点RETI……中断服务程序B4随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了快速主机与慢速I/O设备的数据传送问题，而且还具有如下优点：分时操作。CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率；实时响应。CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件的能力，从而使系统可靠性提高。5二、80C51中断系统的结构80C51的中断系统有5个中断源，2个优先级，可实现二级中断嵌套。EX0EAPX001ET0PT001EX1PX101ET1PT101ESPS01≥1RITISCONTCONIE0TF0IE1TF110101IT0IT1INT0INT1T0T1RXTXIEIP111111110硬件查询自然优先级自然优先级中断入口中断入口高级低级中断源中断源65.1.280C51的中断源一、中断源1、（P3.2）。可由IT0(TCON.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1)置1，向CPU申请中断。2、（P3.3）。可由IT1(TCON.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1(TCON.3)置1,向CPU申请中断。3、TF0（TCON.5），片内定时/计数器T0溢出中断请求标志。当定时/计数器T0发生溢出时，置位TF0，并向CPU申请中断。4、TF1（TCON.7），片内定时/计数器T1溢出中断请求标志。当定时/计数器T1发生溢出时，置位TF1，并向CPU申请中断。5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI，向CPU申请中断。INT0INT17二、中断请求标志1、TCON的中断标志IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。当IT0=0时，为电平触发方式。当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。82、SCON的中断标志RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI。同样，RI必须由软件清除。TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除TI，TI必须由软件清除。9一、中断允许控制CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。5.1.380C51中断的控制EX0(IE.0)，外部中断0允许位；ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位；EX1(IE.2)，外部中断0允许位；ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位；ES（IE.4)，串行口中断允许位；EA(IE.7)，CPU中断允许（总允许）位。10二、中断优先级控制80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的。PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位；PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位；PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位；PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位；PS（IP.4），串行口优先级设定位。11同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优先权排队问题。同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如所示：1280C51单片机的中断优先级有三条原则：CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最高的中断请求。（先高后低）正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断。（高不睬低）正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断请求所中断。（停低转高）为了实现上述后两条原则，中断系统内部设有两个用户不能寻址的优先级状态触发器。其中一个置1，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所有的中断请求；另一个置1，表示正在响应低优先级中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。对相同优先级的中断请求，按照用户设计的方式进行响应。（事先规定）135.280C51单片机中断处理过程一、中断响应条件CPU响应中断的条件是：中断源有中断请求；此中断源的中断允许位为1；CPU开中断（即EA=1）。同时满足时，CPU才有可能响应中断。5.2.1中断响应条件和时间14CPU执行程序过程中，在每个机器周期的S5P2期间，中断系统对各个中断源进行采样。这些采样值在下一个机器周期内按优先级和内部顺序被依次查询。如果某个中断标志在上一个机器周期的S5P2时被置成了1，那么它将于现在的查询周期中及时被发现。接着CPU便执行一条由中断系统提供的硬件LCALL指令，转向被称作中断向量的特定地址单元，进入相应的中断服务程序。15遇以下任一条件，硬件将受阻，不产生LCALL指令：CPU正在处理同级或高优先级中断；当前查询的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期。即在完成所执行指令前，不会响应中断，从而保证指令在执行过程中不被打断；正在执行的指令为RET、RETI或任何访问IE或IP寄存器的指令。即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。若由于上述条件的阻碍中断未能得到响应，当条件消失时该中断标志却已不再有效，那么该中断将不被响应。就是说，中断标志曾经有效，但未获响应，查询过程在下个机器周期将重新进行。16二、中断响应时间某中断的响应时序如图：S1保护断点，长调用至入口中断服务S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6标志查询标志锁存ε中断有效M1M2M3M4M5若M1周期的S5P2前某中断生效，在S5P2期间其中断请求被锁存到相应的标志位中去；M2恰逢指令的最后一个机器周期，且该指令不是RETI或访问IE、IP的指令。于是，M3和M4便可以执行硬件LCALL指令，M5周期将进入了中断服务程序。80C51的中断响应时间（从标志置1到进入相应的中断服务），至少要3个完整的机器周期。17将相应的优先级状态触发器置1（以阻断后来的同级或低级的中断请求）。执行一条硬件LCALL指令，即把程序计数器PC的内容压入堆栈保存，再将相应的中断服务程序的入口地址送入PC。执行中断服务程序。中断响应过程的前两步是由中断系统内部自动完成的，而中断服务程序则要由用户编写程序来完成。5.2.2中断响应过程185.2.3中断返回RETI指令的具体功能是：将中断响应时压入堆栈保存的断点地址从栈顶弹出送回PC，CPU从原来中断的地方继续执行程序；将相应中断优先级状态触发器清0，通知中断系统，中断服务程序已执行完毕。注意，不能用RET指令代替RETI指令。在中断服务程序中PUSH指令与POP指令必须成对使用，否则不能正确返回断点。19若外部中断定义为电平触发方式，中断标志位的状态随CPU在每个机器周期采样到的外部中断输入引脚的电平变化而变化，这样能提高CPU对外部中断请求的响应速度。但外部中断源若有请求，必须把有效的低电平保持到请求获得响应时为止，不然就会漏掉；而在中断服务程序结束之前，中断源又必须撤消其有效的低电平，否则中断返回之后将再次产生中断。电平触发方式适合于外部中断输入以低电平输入且中断服务程序能清除外部中断请求源的情况。例如，并行接口芯片8255的中断请求线在接受读或写操作后即被复位，因此，以其去请求电平触发方式的中断比较方便。20若外部中断定义为边沿触发方式，在相继连续的两次采样中，一个周期采样到外部中断输入为高电平，下一个周期采样到为低电平，则在IE0或IE1中将锁存一个逻辑1。即便是CPU暂时不能响应，中断申请标志也不会丢失，直到CPU响应此中断时才清零。这样，为保证下降沿能被可靠地采样到，外中断引脚上的高低电平（负脉冲的宽度）均至少要保持一个机器周期（若晶振为12MHz时，为1微秒）。边沿触发方式适合于以负脉冲形式输入的外部中断请求，如ADC0809的转换结束标志信号EOC为正脉冲，经反相后就可以作为80C51的中断输入。215.2.4中断程序举例22ORG0000HLJMPMAINORG0003HINT0SER:JNBP3.2,INT0SER；等待KS按下JBP3.2,$；等待KS松开RETIORG0100HMAIN:MOVSP,#60HCLRIT0SETBEX0SETBEAEXAM:MOVA,#00HMOVP0,A……23示例的功能：在程序调试过程中，利用中断的响应条件，对指定程序段进行单步执行。在需要单步调试的程序段前，添加三条指令CLRIT0SETBEX0SETBEA打开外部中断0的中断允许控制，并将中断触发方式设定为电平触发。24例多外部中断源的系统示例。设有5个外部中断源，中断优先级排队顺序为：XI0、XI1、XI2、XI3、XI4。试设计它们与80C51单片机的接口。25ORG0003HLJMPINSE0；转外部中断0服务程序入口ORG0013HLJMPINSE1；转外部中断1服务程序入口…………INSE0：PUSHPSW；XI0中断服务程序PUSHACC…………POPACCPOPPSWRETI26INSE1：PUSHPSW；中断服务程序PUSHACCJBP1.0，DV1；P1.0为1，转XI1中断服务程序JBP1.1，DV2；P1.1为1，转XI2中断服务程序JBP1.2，DV3；P1.2为1，转XI3中断服务程序JBP1.3，DV4；P1.3为1，转XI4中断服务程序INRET：POPACCPOPPSWRETIDV1：……；XI1中断服务程序AJMPINRETDV2：……；XI2中断服务程序AJMPINRETDV3：……；XI3中断服务程序AJMPINRETDV4：……；XI4中断服务程序AJMPINRET275.380C51的定时/计数器实现定时功能，比较方便的办法是利用单片机内部的定时/计数器。也可以采用下面三种方法：软件定时：软件定时不占用硬件资源，但占用了CPU时间，降低了CPU的利用率。采用时基电路定时：例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻和电容），即可构成硬件定时电路。但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。采用可编程芯片定时：这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。在单片机的定时/计数器不够用时，可以考虑进行扩展。285.3.1定时/计数器的结构和工作原理一、定时/计数器的结构定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两